Los científicos de materiales de la Ruhr-Universität Bochum pueden determinar si un nuevo material permanece estable bajo carga de temperatura en el espacio de unos pocos días. Han desarrollado un proceso novedoso para analizar, por ejemplo, la temperatura y la resistencia a la oxidación de aleaciones complejas que se componen de varios elementos diferentes. Previamente, tales análisis solían llevar meses. El equipo encabezado por el Prof. Dr. Alfred Ludwig y el Dr. Yujiao Li del Instituto de Materiales y Centro de Materiales de Alto Rendimiento Dominados por Interfaces describe el proceso en la revista. Materiales Horizontes .

Este método es ideal para las denominadas aleaciones de alta entropía, materiales que recientemente han sido de gran interés para los investigadores. A diferencia de las aleaciones tradicionales, no constan de un elemento principal y varios elementos adicionales en concentraciones más bajas, sino más bien de una mezcla homogénea de varios elementos.

"Estas aleaciones constituyen un nuevo recurso para nuevos materiales. Con un número casi ilimitado de combinaciones de materiales diferentes, es muy probable que se descubran materiales que superen a los materiales actuales en determinadas propiedades, "dice Ludwig. El factor decisivo es que las aleaciones permanecen estables y no se desintegran en componentes individuales incluso si están expuestos a estrés térmico o químico durante la aplicación". Por eso este método es tan importante, ", añade Ludwig." Se puede utilizar para probar candidatos potenciales en la escala atómica en un corto espacio de tiempo ".

La combinación de métodos es la clave

Antes del despliegue en aplicaciones industriales, cualquier material desarrollado recientemente debe ser probado con respecto a diferentes parámetros, por ejemplo, su resistencia a la temperatura y sensibilidad a la oxidación. Para acelerar estas pruebas, los grupos de Bochum han desarrollado una combinación de varios métodos.

Aplicaron la aleación compleja como una capa con un grosor de unos pocos nanómetros a 36 puntas microscópicamente pequeñas. Para este propósito, implementaron el método de deposición por pulverización catódica para depositar una proporción de mezcla específica de cinco metales en las puntas simultáneamente. En las capas así aplicadas, los metales pueden reaccionar entre sí muy rápidamente. Los autores se refieren al sistema como plataforma de procesamiento combinatorio.

Después, los investigadores expusieron las puntas individuales a diferentes tipos de estrés y utilizaron la tomografía con sonda atómica para caracterizar la composición de la capa después de cada exposición al estrés. La tecnología facilita tanto una visualización tridimensional de millones de átomos como la distinción entre diferentes elementos.

La tomografía con sonda atómica destruye la muestra en el lugar donde se analizó; como consecuencia, se utiliza al menos una punta recubierta por medición. Sin embargo, ya que tenían 36 consejos idénticos a su disposición, los investigadores pudieron realizar muchas pruebas en estrecha sucesión.

Opción para probar diferentes propiedades

En el primer paso por ejemplo, aplicaron calor a la muestra hasta que alcanzó una cierta temperatura; luego usaron la sonda atómica para probar qué efecto tenía el estrés térmico en la aleación, aplicado calor una vez más para alcanzar una temperatura más alta, probado la aleación de nuevo, etc. "Con este método, Podemos decir muy rápidamente que la aleación analizada se desintegra en varias fases diferentes a temperaturas superiores a 300 grados centígrados, "dice Ludwig." Además, podemos explorar su sensibilidad a la oxidación y sus reacciones en diferentes medios ambientales ". Basado en los datos de medición completos y los nuevos métodos de visualización para estos datos, De este modo, los investigadores pueden comprender la evolución de fase en aleaciones complejas en un espacio de tiempo mucho más corto que con los métodos tradicionales.